毕业设计（论文）-发电厂继电保护整定和定值管理系统的研究开发.doc

长沙理工大学毕 业 设 计 论 文 课题名称: 发电厂继电保护整定和定值管理系统的研究与开发学生姓名: 学 号: 院 系: 专 业: 电气工程及其自动化指导老师: 2004年5月10日目 录 摘 要Abstract第一章 概 述1 1.1 发电厂继电保护整定计算和定值管理系统的概况1 1.2 电力系统继电保护的特点1 1.3 电力系统继电保护的作用2 1.4 电力系统继电保护的要求6 1.5 本文研究的内容6第二章 发电机继的电保护整定计算7 2.1 发电机的故障类型、不正常运行及其保护方式7 2.2 发电机纵联差动保护9 2.2.1 BCH-2型继电的差动保护9 2.2.2 比率制动式发电机差动保护11 2.3 发电机横差保护12 2.4 发电机单相接地保护142.5 发电机外部相间短路后备保护172.5.1 复合电压起动的过电流保护172.5.2 负序电流保护182.5.3 发电机定子绕组保护21 2.6 发电机的失磁保护22 2.7 发电机的其他保护22 第三章 电力变压器的继电保护整定计算24 3.1 电力变压器纵联差动保护24 3.2 电力变压器相后备保护24 3.2.1 变压器的过流保护24 3.2.2 低电压起动的过流保护25 3.2.3 复合电压起动的过电流保护26第四章 大型发电机变压器组继电保护整定计算27 4.1 大型发电机变压器组的复合电流速断保护27 4.2 大型发电机变压器组失磁保护27 4.3 大型发电机变压器组过电压保护29 4.4 大型发电机变压器组阻抗保护29 4.5 大型发电机变压器组匝间短路保护30 4.5.1 大型发电机变压器组横差保护30 4.5.2 零序电压原理定子匝间短路保护30 4.6 大型发电机变压器组过负荷保护31第五章 定值管理系统的开发与研究33 5.1 需求分析和可行性研究33 5.2 定值管理系统设计目标、原则33 5.3 定值管理系统设计的开发环境35 5.4 定值管理功能模块的设计37结论42参考文献43致谢44摘 要本文介绍了大型发电机（本文重点），变压器的继电保护的整定保护的整定原则。并且分析了目前计算机继电保护定值整定软件的发展情况，总结出软件存在的问题。如：通用性差，缺乏可维护性，可信度低等等。本文结合发电厂继电保护整定计算专家经验，提出了解决这些问题的方法编制建立在可视化故障分析基础上的保护整定软件。它能有效地结合整定人员的经验快速而直观的整定出保护值，建立了一科学的、合理的定值管理系统。关键字: 发电厂 继电保护 整定计算 定值管理 软件In this thesis, it introduce the calculations rules to calculate relay protect valuesof generator and transformer.and investigating present develoment of computer software about protective relay setting calculation.The author summarized the short coming: the feneralization of software is unsatisfactory. The users cant maintain the system easily and the setting calculation is not connected with sensitivity calculation to make the setting move reliable.In order to improve the universality and practicablity of software.It uses expert experience connecting with calculations rules to calculate relay protect values.and devdlop visual protection setting tuning software which is based on visual fault analysis software and combine usersexperience to fet the result quickly and directly,at the same time,It can build the scientific and reasonable management of relay values of system.KEYWORDS: powerplant , relay protection ，Settingcalculationmanagement of relayvalues ，software第一章 概 述1.1发电厂继电保护整定计算和定值管理系统的概况随着电力系统的迅速发展，电网的规模的日益扩大，网络的结构日益的复杂，系统短路电流的容量也在不断的变化。经常要进行短路电流的计算和继电保护的整定值的校验。当前，电网的继电保护整定计算软件开发工作如火如荼的进行着，并取得了一定的成果，很大程度上减轻了电网继电保护整定工作人员的工作量。但是在发电厂保护整定方面的工作还在欠缺的，目前我国绝大部分电厂的继电保护的整定计算还是停留在手工计算的基础上，工作量大、效率低、精度差、方法落后，已经不能适应大电厂、高电压的发展要求，同时这与当今计算机技术迅猛发展的时代不相适应。与电网相比，发电厂的设备种类多，而且每一种设备所配置的保护原理很多，尤其是主设备。一般一台发电机和变压器系统所配置的保护就有40多种。这么多原理的保护不仅整定工作复杂，而且定值管理工作难度大。由于主设备内部故障，各种故障电量和非电量的分析非常复杂，这些因素增加了开发发电厂保护整定软件的难度。为了减轻各个发电厂保护整定人员的工作负荷，提高工作质量，降低误整定导致的发电厂保护不正确动作率；同时大型发电机变压器继电保护整定计算导则的正式发布，开发发电机变压器保护整定计算软件的条件已成熟。因此，采用计算机技术对发电厂短路电流计算和继电保护整定计算，能充分利用计算机高度的计算能力，大大提高计算的精度和工作效率，同时，使发电厂的继电保护定值管理系统科学化，规范化，保证发电厂继电保护装置整定值的正确投运。1.2电力系统继电保护的特点继电保护在电力系统中作用及其对电力系统安全连续供电的重要性，要求继电保护必须具有一定的性能、特点，因而对继电保护工作者也应提出相应的要求。继电保护的主要特点及对保护工作者的要求如下。（1）电力系统是由很多复杂的一次主设备和二次保护、控制、调节、信号等辅助设备组成的一个有机的整体。每个设备都有其特有的运行特性和故障时的工作行为。任一设备的故障都将立即引起系统正常运行状态的改变或破坏，给其他设备以及整个系统造成不同程度的影响。因此，继电保护的工作牵涉到每个电气主设备和二次辅助设备。这就要求继电保护工作者对所有这些设备的工作原理、性能、参数计算和故障状态的分析等有深刻地理解，还要有广泛的生产运行知识。此外对于整个电力系统的规划设计原则、运行方式制订的依据、电压及频率调节的理论、潮流及稳定计算的方法以及经济调度、安全控制原理和方法等都要有清楚的概念。（2）电力系统继电保护是一门综合性的科学，它奠基于理论电工，电机学和电力系统等基础理论，还与电子技术、通信技术、计算机技术和信息科学等新理论新技术有着密切的关系。 （3）继电保护是一门理论和实践并重的学科。为掌握继电保护装置的性能及其在电力系统故障时的动作行为，既需要运用所学课程的理论知识对系统故障情况和保护装置动作行为进行分析，还需对继电保护装置进行实验室试验、在电力系统动态模型上试验、现场人工故障试验以及在现场条件下的试运行。（4）继电保护的工作稍有差错，就可能对电力系统的运行造成严重的影响，给国民经济和人民生活带来不可估量的损失。1.3电力系统继电保护的作用电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种形式的短路。在发生短路时可能产生以下的后果：（1）通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏；（2）短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起它们的损坏或缩短它们的使用寿命；（3）电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量；（4）破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使整个系统瓦解。电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障，这种情况属于不正常运行状态。例如，因负荷超过电气设备的额定值而引起的电流升高（一般又称过负荷），就是一种最常见的不正常运行状态。由于过负荷，使元件载流部分和绝缘材料的温度不断升高，加速绝缘的老化和损坏，就可能发展成故障。此外，系统中出现功率缺额而引起的频率降低，发电机突然甩负荷而产生的过电压，以及电力系统发生振荡等，都属于不正常运行状态。故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起事故。事故，就是指系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能容许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。系统事故的发生，除了由于自然条件的因素（如遭受雷击等）以外，一般都是由于设备制造上的缺陷，设计和安装的错误、检修质量不高或运行维护不当而引起的。因此，只要充分发挥人的主观能动性，正确地掌握客观规律，加强对设备的维护和检修，就可以大大减少事故发生的机率，把事故消灭在发生之前。在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。切除故障的时间常常要求小到十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有装设在每个电气元件上的保护装置才有可能满足这个要求。这种保护装置直到目前为止，大多是由单个继电器或继电器与其附属设备的组合构成的，故称为继电保护装置。在电子式静态保护装置和数字式保护装置出现以后，虽然继电器已被电子元件或计算机所代替，但仍沿用此名称。在电业部门常用继电保护一词泛指继电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。继电保护装置一词则指各种具体的装置。继电保护装置，就是指反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是：（1）自动、迅速、有选择性地将故障性元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行；（2）反映电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（例如有无经常值班人员，）而动作于发出信号、减负荷或跳闸。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。1.4电力系统继电保护的要求动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性，现分别讨论如下。1 选择性继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。图1-1单侧电源网络中，有选择性动作的说明在图1-1所示的网络接线中，当点短路时，应由距短路点最近的保护1和动作跳闸，将故障线路切除，变电所B则仍可由另一条无故障的线路继续供电。而当点短路时，保护6动作跳闸，切除线路C-D，此时只有变电所D停电。由此可见，继电保护有选择性的动作可将停电范围限制到最小，甚至可以作到不中断向用户供电。在要求继电动作有选择性的同时，还必须考虑继电保护或断路器有拒绝动作的可能性，因而就需要考虑后备保护的问题。如图1-4所示，当点短路时，距短路点最近的保护6本应动作切除故障，但由于某种原因，该处的继电保护或断路器拒绝动作，故障便不能消除，此时如其前面一条线路（靠近电源侧）的保护5能动作，故障也可消除。能起保护5这种作用的保护称为相邻元件的后备保护。同理，保护1和3又应该作为保护5和7的后备保护。按以上方式构成的后备保护是在远处实现的，因此又称为远后备保护。在复杂的高压电网中，当实现远后备保护在技术上有困难时，也可以采用近后备保护的方式。即当本元件的主保护拒绝动作时，由本元件的另一套保护作为后备保护；当断路器拒绝动作时，由同一发电厂或变电所内的有关断路器动作，实现后备。为此，在每一元件上应装设单独的主保护和后备保护，并装设必要的断路器失灵保护。由于这种后备作用是在主保护安装处实现，因此，称它为近后备保护。应当指出，远后备的性能是比较完善的，它对相邻元件的保护装置、断路器、二次回路和直流电源所引起的拒绝动作，均能起到后备作用，同时它的实现简单、经济，因此，应优先采用，只当远后备不能满足要求时，才考虑采用近后备的方式。2 速动性快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作切除故障。动作迅速而同时又能满足选择性要求的保护装置，一般都结构比较复杂，价格比较昂贵。电力系统在一些情况下，允许保护装置带有一定的延时切除故障。因此，对继电保护速动性的具体要求，应根据电力系统的接线以及被保护元件的具体情况来确定。下面列举一些必须快速切除的故障：（1）根据维持系统稳定的要求，必须快速切除的高压输电线路上发生的故障；（2）使发电厂或重要用户的母线电压低于允许值（一般为0.7倍额定电压）的故障（3）大容量的发电机、变压器以及电动机内部发生的故障；（4）KV线路导线截面过小，为避免过热不允许延时切除的故障等；（5）可能危及人身安全、对通讯系统有强烈干扰的故障等。 故障切除的总时间等于保护装置和断路器动作时间之和。一般的快速保护的动作时间为0.06-0.1s，最快的可达0.01-0.04s一般的断路器的动作时间为0.06-0.15s最快的可达0.02-0.06s。3 灵敏性继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先规定的保护范围内部故障时，不论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能敏锐感觉，正确反应。保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，它主要决定于被保护元件和电力系统的参数和运行方式。在原水利电力部颁发的继电保护和安全自动装置技术规程SDJ6-83K ，对各类保护灵敏系数的要求都作了具体规定。关于这个问题在以后各章中还将分别予以讨论。4 可靠性保护装置的可靠性是指在该保护装置规定的范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作。可靠性主要指保护装置本身的质量和运行维护水平而言。一般说来，保护装置的组成元件的质量越高、接线越简单、回路中继电器的触点数量越少，保护装置的工作就越可靠。同时，精细的制造工艺、正确地调整试验、良好的动维护以及丰富运行经验，对于提高保护的可靠性也具有重要的作用。继电保护装置的误动作都会给电力系统造成严重的危害。但提高其不误动的可靠性和不拒动的可靠性的措施常常是互相矛盾的。由于电力系统的结构和负荷性质的不同，误动和拒动的危害程度有所不同。因而提高保护装置可靠性的着重点在各种具体情况下也应有所不同。例如当系统中有充足的旋转备用容量、输电线路很多、各系统之间和电源与负荷之间联系很紧密时，由于继电保护装置的误动作，使发电机变压器或输电线切除而给电力系统造成的影响可能很小。但如果发电机变压器或输电线故障时继电保护装置拒绝动作，将会造成设备的损坏或系统稳定的破坏，损失是巨大的。在此情况下，提高继电保护不拒动的可靠性比提高不误动的可靠性更为重要。但在系统中旋转备用容量很少及各系统之间和电源与负荷之间的联系比较薄弱的情况下，由于继电保护装置的误动作使发电机、变压器或输电线切除时，将会引起负荷供电的中断，甚至造成系统稳定的破坏，损失是巨大的。而当某一保护装置拒动时，其后备保护仍可以动作而切除故障。因此，在这种情况下，提高保护装置不误动的可靠性比提高其不拒地可靠性更为重要。由此可见，提高保护装置的可靠性应根据电力系统和负荷的具体情况采取适当的措施。为了便于分析继电保护装置的可靠性，在有些文献中将继电保护不误动的可靠性称为“安全性”，而将其不拒动和不会非选动作的可靠称为“可信赖性”，意指保护装置的动作行为完全依附于电力系统的故障情况。安全性和可信赖性基本上都属于可靠性的范畴，因此本书仍沿用我国传统的四个基本要求（或称“四性”）的提法。以上四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础，在它们之间，既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。继电保护的科学研究、设计、制造和运行的绝大部分工作也是围绕着如何处理好这四个基本要求之间的辨证统一关系而进行的，在学习这门时应注意学习和运用为主的思考和分析方法。1.5本文研究的内容1研究发电厂继电保护整定计算的专家经验，结合继电保护整定原则，进行发电厂继电保护的研究。2基于Windows2000/XP/9X平台研究开发，采用Delphi编程，开发发电厂设备及参数管理及继电保护整定计算与定值管理系统。3我在本文中研究的重点内容是发电机继电保护和定值管理系统的研究和开发。第二章 发电机的继电保护整定计算2.1发电机的故障类型、不正常运行及其保护方式发电机是电力系统中的最重要的设备之一，发电机的安全运行对保证电力系统的稳定运行和电能质量起着决定性的作用。机组容量越大，其作用也就越大。因此，我们必须针对发电机可能发生的各种不同的故障和不正常运行状态配置完善的继电保护装置。发电机的主要故障类型和异常运行状态及相应的保护装置见表2-1。1100MW以下的发电机应装设下列故障及异常运行保护配置：（1）定子绕组相间短路保护；（2）定子绕组接地保护；（3）定子绕组匝间保护；（4）发电机外部相间短路保护；（5）对称励磁保护；（6）励磁回路一点及两点接地保护。2定子绕组相间短路保护的构成：（1）1MW及以下了单独运行的发电机，如果中性点有引出线，则在中性点侧装设过流保护；如果中性点无引出线，则在发电机机端装设低电压保护；（2）1MW及以下与其他发电机或电力系统并列运行的发电机，应在发电机端装设电流速断保护，如果电流速断保护灵敏度不合要求，可以装设纵联差动保护。（3）对1MW上的发电机，应装设纵联差动保护。根据不同的发电机有不同的纵联保护装置：对6MW以下的发电机宜采用由DL11型继电器和附加电阻构成的保护；对6MW100MW以下的发电机宜采用带饱和电流互感器的BCH2型继电器构成；对100MW及以上和阻抗较大的发电机（水内冷型）宜采用高灵敏系数纵联差动保护；对100MW及以上的大容量发电机推荐采用比率制动特性的晶体管型差动继电器。3与母线直接联系的发电机定子绕组接地保护：当发电机单相接地故障电流（不考虑消弧线圈的补偿作用）大于允许值时（表2-2），应装设有选择性的接地保护装置。与母线直接联系的发电机的接地保护装置由装设在机端的零序电流互感器和电压互感器构成。4反应定子绕组匝间短路的保护：发电机的匝间保护包括同相同分支的匝间短路和同相异分支的匝间短路。（1）对绕组为星形接线、每相有并联分支、中性点有分支引出端子的发电机，应装设单继电器式的横联差动保护；（2）对50MW及以上的发电机，当定子绕组为星形接线且中性点只有三个引出端子时，应装设零序电压或转子二次谐波电流匝间短路保护装置；5发电机外部相间短路保护：（1）对1MW及以下与其他发电机或电力系统并列运行的发电机，应装设过电流保护。保护装置在发电机的中性点侧；（2）对1MW50MW以下的发电机，宜装设复合电压起动的过电流保护；（3）对50MW及以上的发电机，应装设负序电流保护和单元件低电压起动过电流保护。6定子绕组过负荷保护：（1）对定子绕组非直接水冷的发电机，应装设定时限过负荷保护；（2）对50MW及以上的发电机，应装设定时限负序过负荷保护。7励磁回路接地保护：（1）100MW以下的汽轮发电机，对一接地，可以采用定期检测装置，两点接地应装设两点接地保护装置；（2）对100MW及以上和转子水内冷的发电机，应装设励磁回路一点和两点接地保护装置；（3）一点接地保护动作于信号，两点接地保护动作于停机。2.2发电机的纵联差动保护发电机的纵差保护纵差保护是发电机内部相间短路的主保护，能快速而灵敏地切除内部发生的故障,同时正常运行时或外部故障时,能保证动作的选择性和工作的可靠性。2.2.1 BCH-2型继电器构成的差动保护1 整定计算 当动作电流大于发电机的额定电流差动保护的动作电流：（1）保护动作电流应躲过外部短路时的最大不平衡电流 = （21）其中： 可靠系数，取1.3； 计算不平衡电流； 考虑非周期分量影响的系数。当保护采用BCH-2型继电器时，取1； 电流互感器的同型系数，取0.5； 电流互感器的最大相对误差。取0.1； 在最大运行方式下，发电机外部三相短路时，流过保护的最大周期性短路电流。（2）为了避免保护在电流互感器二次侧回路断线时误动作，保护动作电流应大于发电机的最大负荷电流。 = （22）其中： 可靠系数，取1.3； 发电机的额定电流。 注意：取（21）和（22）的最大者为保护的动作电流2灵敏度校验 = 2 （23）其中： 在最小运行方式下，发电机出口两相短路时，流过保护的最小周期性短路电流。表2-1 发电机的主要故障类型和异常运行状态序号发电机故障或异常运行类型保护装置备注1定子绕组及其引出线短路纵联差动保护1MW以上的发电机应装设差动保护2定子绕组的单相接地定子一点接地保护 100MW以下发电机可以装设保护区不小于90%的接地保护 100MW以上发电机应装设保护区为100%的定子接地保护3定子绕组同一相的匝间短路匝间保护 定子绕组为星型接线，每相并联分支且中性点有引出线的发电机，应装设继电器横差动保护 定子绕组中性点只有三个引出线的发电机，应装设零序电压或二次谐波电流匝间短路保护4励磁回路一点接地励磁回路一点接地保护 100MW以下采用定期检测装置 100MW以上采用一点接地保护5励磁回路两点接地励磁回路两点接地保护汽轮机应装设励磁回路两点接地保护6励磁回路电流消失灭磁开关跳闸后联跳发电机出口断路器或低励失磁保护装置 100MW以下不允许失磁运行的发电机自动灭磁开关断开时，应联跳发电机断路器 100MW以上的发电机应装设专用的失磁保护7外部短路引起的对称过电流和非对称过电流对称过电流和非对称过电流保护 1MW及以下的发电机应装设过电流保护 1MW以上的发电机应装设复合电压启动的过电流保护 50MW及以上的发电机应装设负序电流和单相式低电压启动的过电流保护 200MW及以上的发变组，当装设双重快速保护时，发电机侧可以不装保护；当高压侧为双母线时，在高压侧应装设阻抗保护8外部短路或单相负荷，非全相运行引起发电机对称过负荷或非对称过负荷对称过负荷或非对称过负荷保护 定子绕组为非直接冷却的发电机，应装设定时限过负荷保护 定子绕组为直接冷却且过负荷能力较低的发电机，应装设定时限和反定时限两个保护 100MW及以上的发电机，其t10应装设 非对称过负荷保护，由定时限和反时限负序过负荷保护组成 50MW及以上的发电机，其t10应装设定时限负序过负荷保护9励磁系统故障或强励时间过长而引起的励磁绕组过负荷励磁回路过负荷保护100MW及以上的采用半导体励磁系统的发电机应装设励磁绕组过负荷保护10突然甩负荷引起定子电压异常升高或过激磁过电压保护或过激磁保护200MW及以上的发电机应装设过电压保护11主气门误关或机炉保护动作关闭主气门而出口断路器未跳闸发电机变电动机运行逆功率保护200MW及以上的发电机应装设逆功率保护，300MW及以上的应装设过激磁保护12系统振荡影响机组安全运行失步保护300MW及以上的应装设失步保护13汽轮机低频运行低频保护300MW及以上的发电机装设低频保护2.2.2比率制动式发电机差动保护1整定计算对于100MW及以上的大容量发电机，应采用具有比率制动特性的差动继电器，即利用外部故障时的穿越电流实现制动。原理接线图如图2-1 （a） （b）图2-1 比率制动特性的差动继电器（a）原理接线图；（b）比率制动特性由于保护装置采用的是比率制动特性，所以保护动作电流不必按躲过外部故障时的不平衡电流来整定，其整定值只需要躲过最大的负荷条件下差动回路的不平衡电流。 = = （24）其中： 可靠系数，取1.31.5； 考虑非周期分量影响的系数，取1； 电流互感器的同型系数，取0.5； 电流互感器的最大相对误差。取0.1； 发电机的二次侧额定电流。2 灵敏度校验 = 2 （25）其中： 在最小运行方式下，发电机出口两相短路时，流过保护的最小周期性短路电流。 对应于所校验的情况下继电器的动作电流。应根据继电器制动特性曲线图上的制动电流是以整个制动绕组为基准还是以半个制动绕组为基准。再根据校验灵敏系数时候的短路情况是通过整个制动绕组还是半个制动绕组而决定的动作电流，用查继电器制动特性曲线得到的对应值。2.3发电机的横联差动保护发电机匝间短路的横差电流保护：在发电机中,由于额定电流很大,每相都是由两个并联绕组组成,正常情况下,两绕组电势相等,各供出一半的负荷电流.而当任一绕组发生匝间短路时,两个绕组电势不等,从而会出现一个均衡电流,利用两个支路电流之差的原理,即可实现对发电机绕组匝间短路保护,这即为横差保护。（1）在某个绕组内部发生匝间短路，此时由故障支路和非故障支路的电势不相等，因此，有个环流产生，在差动回路中将有电流，当此电流大于继电器的起动电流时，保护就动作。短路匝数越多，环流越大，当a较小时，保护就不动作；（2）在同相的两个绕组间发生匝间短路，由于两个支路的电势差也会产生环流，同样，也会出现保护的死区。1 整定计算保护的动作电流按躲过外部短路电流故障时最大不平衡电流以及装置对高次谐波过比的大小整定。由于不平衡电流很难确定，所以在工程设计中可以根据经验公式来计算。 （1）3次谐波滤过比小于10时，继电器动作电流为：（单继电式横差保护）= （26）其中： 发电机的额定电流； 电流互感器的变比，一般采用= 。（2）3次谐波滤过比大于50时，继电器动作电流为：（三继电器式横差保护）= （27）2 灵敏度校验灵敏系数是一保护动作死区a占整个绕组的百分比表示的。= （28）其中： 等于； 发电机的零序电抗；a 表示保护动作的死区占的百分比。保护动作整定值越高，保护死区也越大。 （a上） （b下）图2-2单继电器式（a）和三继电器式（b）横联差动保护原理接线图2.4发电机的单相接地保护根据安全要求,发电机外壳接地的,而定子绕组因绝缘破坏而引起的单相接地故障普遍,当接地电流较大时,在故障点引起电弧更容易发展成相间短路,造成更大的危害.当发电机内部发生单相接地时，流经接地点的电流仍为发电机所在电网对地电容电流之和，故障点的零序电压随发电机内部接地点的位置而变化。表2-2发电机单相接地电流允许值发电机的额定电压（KV）发电机的额定容量（MW）接地电流允许值（A）6.350410.550-100313.8-15.75125-200218-203001对于氢气发电机允许值为2.5A。1整定计算（1）利用零序电流构成的定子接地保护 对于直接连接在母线上的发电机，当发电机电压网络的接地电容大于表2-2的允许值时，不论该网络是否装有消弧线圈，均应装设动作于跳闸的接地保护。当接地电容电流值小于允许值时，则装设作用于信号的接地保护。接于零序电流互感器上的发电机零序电流保护，其整定值的选择原则如下：躲过外部单相接地时,发电机本身的电容电流,以及由零序电流互感器一次侧三相导线排列不对称,而引起的不平衡电流。保护装置一次动作电流应小于表2-2规定的允许值。为防止外部相间短路产生不平衡电流引起接地保护误动作,应在相间保护动作时将接地保护闭锁。带时限保护装置12s的时限以躲开外部单相接地瞬间，发电机暂态电容电流的影响，不带时限时保护装置的起动电流必须按大于发电机的暂态电容电流来整定。当有闭锁继电器时= （+） （29）当无闭锁继电器时 = （+） （210）其中： 被保护发电机的稳态电容电流； 闭锁继电器动作时的一次不平衡电流； 外部两相短路的一次不平衡电流； 考虑躲过外部间歇性接地时的可靠系数，当保护带1-2s时限，=2，当保护小于1s，=3； 可靠系数，取1.5； 返回系数，取0.85 。（29）和（210）中的一次不平衡电流可以从相应的二次不平衡电流中求出。二次不平衡电流有助磁时: = + (211)无助磁时: = （212） 继电器阻抗； 归算到二次侧的励磁阻抗； 由一次导线排列不对称在二次线圈中引起的不平衡电势,当发电机额定电流和电流互感器一次额定电流不相同时,乘以零序电流互感器的负荷系数； 电流互感器的铁芯不完全相同,而在外加助磁引起的二次不平衡电势。异常情况下，通过保护的电流倍数K按下列条件决定：当采用闭锁过电流保护时的的K值等于闭锁继电器的动作电流倍数 = （213）当发电机出口发生两相短路的时的K值等于流过零序电流互感器的短路电流对零序电流互感器额定电流倍数，K=57。（2）利用零序电压构成定子接地保护 一般的大、中型发电机在电力系统中都采用发电机变压器组的接线方式，在这种情况下，发电机电压网络中，只有发电机本身、连接发电机与变压器的电缆以及变压器的对地电容。当发电机单相接地后，接地电容一般小于允许值，则可以在发电机电压网络中装设消弧线圈来补偿。在正常运行时，发电机相电压中含有三次谐波，因此，在机端电压互感器接成开口三角的一侧也有三次谐波电压输出，此外，当变压器高压侧发生接地故障时，由于变压器高、低绕组间有电容存在，也会在发电机的机端产生零序电压。为了保证动作的选择性，保护装置的整定值应躲开正常运行时的不平衡电压，以及变压器高压侧接地时在发电机机端产生的零序电压。零序电压保护的整定计算：零序电压保护的动作电流按躲过正常运行时的不平衡电压来整定 （214）其中： 电压互感器的误差、变压器高压侧的接地耦合到机端的零序电压及发电机电压波形畸变引起高次谐波电压（三次谐波电压）形成的。灵敏度校验： = （215）其中： 3 发电机绕组放生金属性单相接地故障时，电压互感器开口三角侧的电压。 电压继电器的动作电压。（3）利用三次谐波电压构成的保护 发电机正常运行和外部发生故障情况下，发电机的中性点的三次谐波电压总是大于机端三次谐波电压，极限情况是当发电机出线断开时，两者相等。 当发电机内部发生故障时，有如下关系式： = （216） 利用机端三次谐波电压作为动作量，作为制动量，它的最大保护范围可以离中性点50%的地方，这样与前面的零序电压保护共同构成了定子100%接地保护。（4）附加低频电压式定子接地保护 正常情况下，低频电流流经定子绕组对地电容形成回路，数值小，该电流反映到电流变换器UA的一次侧，经UA、U2（整流桥）变换、整流后产生较小的工作电流，低频电压经U1整流后产生了制动电流。 定子接地短路时，低频电流剧增，而制动电流不变，则继电器动作。不论在定子绕组的任一点发生接地故障，继电器都能动作，所以有100%保护区。2.5发电机的外部相间短路的后备保护2.5.1复合电压起动的过电流保护1整定计算（1） 保护动作电流 = （217） 其中： 发电机的额定电流； 可靠系数，取1.2； 返回系数，取0.85 （2）负序电压继电器动作电压按躲过正常情况下的不平衡电压整定 =0.06 （218） 其中： 发电机的额定电压； （3）接在相间的低电压继电器动作电压按躲过电动机自启动的条件整定，还有躲过失去励磁时的非同步运行方式时的电压降 =（0.50.6） （219）2灵敏度校验 （1）电流元件：当发电机定子绕组为星型接线，并且保护用的电流互感器也接成星型时= 1.2 （220）其中： 在最小运行方式下，后备保护范围末端金属性不对称短路时，通过保护的最小一次稳态短路电流。当发电机定子绕组为三角形接线，并且保护用的电流互感器也接成三角形时= 1.2 （221）其中： 在最小运行方式下，后备保护范围末端金属性不对称短路时，通过电流继电器的最小一次稳态短路电流。（2）负序电压元件： = 1.2 （222）其中： 在最小运行方式下，后备保护范围末端金属性不对称短路时，通过保护的最小负序电压。（3）相间电压元件： = 1.2 （223）其中： 在最小运行方式下，后备保护范围末端金属性三相短路时，通过保护的最大相间电压。2.5.2负序电流保护当电力系统中发生不对称短路或正常情况下三相负荷不平衡时，在发电机定子绕组间出现负序电流，该电流使转子上电流密度较大的某些部位可能出现局部灼伤，甚至可能使护环松脱，从而导致发电机重大事故。因此，装设发电机负序过电流保护，实际上是对定子绕组电流不平衡而引起转子过热的一种保护，是发电机主保护方式之一。由于大容量机组的额定电流很大，而在相邻的元件末端发生两相短路时的短路电流可能很小，此时，采用复合电压起动的过电流保护不能满足作为相邻元件的后备保护时对灵敏度的要求。在这种情况下，采用负序电流作为后备保护，就可以提高不对称短路时的灵敏性。由于负序过电流保护不能反应三相短路，所以还要附加一个单相式的低电压起动过电流保护。规程规定：50MW及以上的，A10的发电机，应装设定时限负序电流保护；100MW及以上的，A10的发电机，应装设定时限和反时限两部分组成转子表层过负荷保护。定时限部分动作于信号，反时限部分动作于解列。(1) 定时限负序过电流保护：对于中、小型发电机大都采用两段式定时限负序过流保护，其原理接线图如图23所示。KA1和KT1构成的负序电流保护的灵敏段，反应不对称过负荷，动作于信号。KA1的动作电流应按躲过发电机最大可能过负荷时的不平衡电流整定： = （224）其中： 发电机的额定电流； 电流互感器变比。对于汽轮发电机 = （225）对于水轮发电机 = （226）动作时限一般整定为510s。KA2和KT2构成负序电流保护的不灵敏段，反映转子过热条件，动作于跳闸。KA2的动作电流按转子过热条件来整定： = （227）其中： A 发电机允许过热的时间常数； t 值班人员采取的消除负序电流的时间此外，KA2的动作电流还与相邻元件（变压器）保护的灵敏度配合。即 = （228）其中： 配合系数，取1.1； 在计算运行方式下，发生外部故障时流过变压器的负序电流刚好与其负序电流保护的动作值相等时，流过保护发电机的负序电流。保护的动作时限按后备保护逐级配合的原则整定，一般取35s。KA和低电压继电器KVU构成了单项式低电压起动的过电压保护，用以反映三相短路故障。KA的动作电流为： = （229）其中： 可靠系数，取1.21.3； 返回系数，取